Incremento da taxa de transferência de calor em trocadores de calor compactos pelo uso de dimples retangulares em tubos de perfil plano

• Autor(a) principal: Idário Patrício do Nascimento
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do ITA
• Texto Completo: http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=3227
• topic: Trocadores de calor; Transferência de calor; Escoamento de fluidos; Turbulência; Número de Reynolds; Termodinâmica; Física

Métodos passivos para aumentar a taxa de transferência de calor em trocadores de calor, tais como o uso de concavidades de figura arredondada, estampadas nas paredes dos tubos, em trocadores de calor chamadas de dimples, vêm sendo extensivamente usados. Com o seu uso, há um aumento da turbulência no escoamento do fluido interno aos tubos com consequente incremento da troca de calor, sem que adição de material ou qualquer modificação relevante do processo de fabricação do trocador venham a ser necessários. A maioria dos estudos disponíveis na literatura, referentes a este método foram conduzidos em tubos ou feixe de tubos com dimples circulares. Dimples de perfil retangular, aplicado em trocadores de calor compactos para uso veicular, ou radiadores, foram menos estudados, sendo que os radiadores automotivos são um dos grandes beneficiários do uso de tais dimples. Isto porque, normalmente, tem em suas aplicações sérias limitações de espaço para sua instalação, exigindo assim que tenham grande capacidade de transferência de calor. Neste trabalho, uma amostra de radiador com tubos de seções retangulares com vértices arredondados, também chamados de tubos de perfil plano, com dimples retangulares e uma amostra de radiador com tubos de mesmo perfil sem dimples, ou lisos, tiveram suas taxas de dissipação de calor obtidas através de experimentos realizados em bancada de teste denominada calorímetro. Esses resultados foram correlacionados com os preditos por métodos encontrados em literatura recente. Essas correlações se situaram entre 97% e 107% para o fluido interno aos tubos, para o número de Reynolds (ReDht) com valores compreendidos entre 2100 e 9200. Para o fluido externo (escoamento externo pelas aletas), a correlação entre os resultados teóricos e experimentais se situou entre 90% e 100%, com Reynolds (ReLp) compreendidos entre 196 e 953, validando deste modo, os resultados encontrados nos experimentos, cuja estimativa de incerteza de medição foi de 2.6% a 10.7% com nível de confiança de 95%. Foi encontrado então que o uso de tubos com dimples promoveu um incremento no fator de ganho de taxa de transferência de calor ?, entre 1,37 e 2,28 quando comparados aos tubos sem dimples, o que significa que a relação entre o coeficiente de transferência de calor adimensional de Colburn dos tubos com dimples e sem dimples, jid /jis, foi maior que a relação entre o fator de atrito do fluido interno nos tubos com dimples e sem dimples, fid/ fis no radiador com dimples, a uma dada condição de potência fixa de bombeamento do fluido interno e de potência ideal de ventilador. Houve, portanto, um ganho em rejeição de calor com o uso de dimples de perfil retangular em tubos de perfil plano em trocadores de calor compactos. Este trabalho apresenta o estudo experimental e teórico, comparação e validação de tais resultados.